阿爾茨海默病β淀粉樣蛋白水平監測： 11C-PIB PET/CT顯像沉積量與血漿水平的相關性研究

王治國，戰瑩，武曉丹，張宗鵬，吳銳先，張國旭

(沈陽軍區總醫院核醫學科，沈陽 110016)

β淀粉樣蛋白(β-amyloid protein,Aβ)是阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)常見的生物標志物，是一種跨膜蛋白，由淀粉樣蛋白前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)剪切而來，是AD患者腦內老年斑的主要成分。研究表明，Aβ過度沉積可導致AD，所以對于Aβ的研究有利于了解AD的發病機制，為AD的臨床診斷提供幫助。腦脊液(cerebrospinal fluid,CSF)由于直接與腦和脊髓接觸，可提供腦內準確信息，因此被看作是非常有價值的AD生物標志物。但CSF的采集需要通過腰椎穿刺獲得，對于患者具有侵入性并且成本較高，不利于臨床上大規模篩查和縱向隨訪評估。研究發現，每天約有500 ml的CSF被吸收到循環血液中，因此血漿Aβ或可作為降低檢查成本且無創的AD生物標志物。但迄今為止，血漿Aβ水平與AD發病間的相關性尚未明確。

近年來，正電子發射型計算機斷層顯像(positron emission Computed Tomography,PET)已被開發用于診斷AD。匹茲堡化合物B (Pittsburg compound-B,11C-PIB)能與細胞外和血管內纖維狀的Aβ特異性結合，可作為Aβ特異性的分子探針評估不同腦區的Aβ斑塊沉積情況，并且可作為無創性的檢驗手段，有助于動態監測蛋白沉積量，在AD患者早期診斷中發揮重要作用[1]。然而，11C-PIB沉積量與血漿Aβ水平的相關性尚未闡明。本研究擬將血漿Aβ水平與11C-PIB PET顯示的Aβ沉積量相關聯，確定其相關性，并探討血漿Aβ是否可用作AD生物標志物。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2014～2017年在沈陽軍區總醫院治療的AD患者23例，其中男性12例，女性11例，年齡(68.3±7.6)歲，受教育年限(8.57±2.48)年，簡易精神狀態檢查量表(mini-mental state examination,MMSE)評分(20.74±2.77)分，Hachinski缺血指數量表(Hachinski ischemic scale,HIS)評分<4分，AD的診斷依據美國國立神經病學、語言功能障礙和中風研究所(National Institute of Neurological and Communicative Diseases and Stroke/Alzheimer′s Disease and Related Disorders Association,NINCDS-ADRDA)標準[2]，符合美國精神障礙診斷與統計手冊第4次修訂版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th Edition-Revised,DSM-IV-R)有關AD的規定[3]。輕度認知障礙(mild cognitive impairment,MCI)患者29例，男性16例，女性13例，年齡(69.3±6.4)歲，受教育年限(8.38±3.19)年，MMSE評分(25.38±1.08)分，HIS評分<4分，MCI的診斷根據Petersen標準[4]，其需要主訴認知障礙，連續反應時間>標準差(SD)1.50，保持日常生活能力。正常老年人17例，男性8例，女性9例，年齡(69.8±7.4)歲，受教育年限(9.18±2.48)年，MMSE評分(30.71±1.96)分，無認知功能及日常生活能力障礙(表1)。結合其他影像學檢查，排除精神、代謝、免疫、肝腎功能異常、腦血管疾病、其他神經病癥如帕金森病及可能患有其他類型癡呆的患者，如額顳葉癡呆或血管性癡呆。本研究經醫院倫理委員會批準，所有研究對象或其家屬均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 血漿Aβ檢測 3組受試者取靜脈血5 ml置聚丙烯 EDTA 抗凝管中，4℃下3000轉/min離心后立即取血清置于-80℃冰箱保存。血漿Aβ42和Aβ40的測定采用雙抗體夾心酶聯免疫吸附試驗(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)，嚴格按照試劑盒要求操作。

1.2.211C-PIB PET/CT成像 采用美國 GE 公司生產的 Discovery VCT PET/CT掃描儀。患者于檢查前禁食6 h以上，血糖控制在11.1 mmol/L以下。11C-PIB按照我科之前的標準生產程序在本院PET中心合成[5]。肘靜脈注射PIB 3.7 MBq/kg，而后行動態PET發射斷層掃描。PET/CT數據采集為3D模式，采集層數47層，采集層厚3.75 mm。圖像重建采用128×128圖像重建采集矩陣，PIB PET掃描采用60 min的動態掃描模式。PET數據經衰減校正、迭代法重建后和CT圖像一同傳送到Xeleris工作站進行同機圖像融合。

1.3 圖像處理

以顱腦計算機斷層掃描(computed tomography,CT)為解剖指導，勾畫出大腦和小腦皮質各種感興趣區域(region of interest,ROI)，形成額葉、外側顳葉、頂葉皮層、楔前葉/后扣帶回和前扣帶回5個ROI，對每個ROI的最大攝取值進行測量，計算3個最大標準攝取值(maximal standard uptake value,SUVmax)的平均值。研究顯示，小腦皮層在AD病變中無明顯纖維斑塊狀Aβ沉積，故以小腦皮層作為參考區域，來計算各ROI平均標準化攝取值比(standardized uptake value ratio,SUVR)[6]。

1.4 統計學處理

2 結 果

2.1 血漿Aβ蛋白水平和11C-PIB SUVR比較

NC、MCI和AD 3組血漿Aβ42、Aβ40蛋白水平差異無統計學意義(P>0.05)，但Aβ42組間兩兩比較，AD組顯著低于NC組，差異均有統計學意義(P<0.05)。NC、MCI和AD組Aβ42/Aβ40比值逐漸下降，11C-PIB SUVR值逐漸上升，組內比較和組間兩兩比較差異均有統計學意義(P<0.05；表1)。

2.2 血漿Aβ水平與全腦11C-PIB SUVR相關性分析

在控制了各組性別、年齡和教育程度后，血漿Aβ42水平、Aβ42/Aβ40與11C-PIB PET顯像SUVR值呈負相關(r=-0.461,P<0.05;r=-0.633,P<0.05)；血漿Aβ40與11C-PIB PET顯像SUVR值呈正相關(r=0.430,P<0.05；圖1)。

2.3 3組研究對象各腦區11C-PIB SUVR水平

NC、MCI和AD組各腦區11C-PIB SUVR值逐漸升高，組內和組間兩兩比較差異均有統計學意義(P<0.05；圖2)。

2.4 血漿Aβ42/Aβ40水平與各腦區11C-PIB SUVR回歸分析

由于血漿Aβ42/Aβ40在3組間的差異均具有統計學意義，且與全腦11C-PIB SUVR相關性較強，故只分析血漿Aβ42/Aβ40水平預測各腦區SUVR的意義。回歸分析表明，額葉、外側顳葉和后扣帶回11C-PIB SUVR由血漿Aβ42/Aβ40比值預測，差異具有統計學意義(P<0.05)，而頂葉皮層和前扣帶回的PIB結合與Aβ42/Aβ40比值關系不具有統計學意義(P>0.05；表2)。

表1 3組患者血漿Aβ和11C-PIB SUVR水平比較

NC: normal control; MCI: mild cognitive impairment; AD: Alzheimer′s disease; Aβ: β-amyloid protein;11C-PIB: Pittsburg compound-B; SUVR: standardized uptake value ratio. Compared with NC group,*P<0.05; compared with MCI group,#P<0.05

圖2 各腦區11C-PIB SUVR水平

NC: normal control; MCI: mild cognitive impairment; AD: Alzheimer′s disease; SUVR: standardized uptake value ratio; ROI: region of interest;11C-PIB: Pittsburg compound-B

表2 血漿Aβ42/Aβ40水平與各腦區11C-PIB SUVR回歸分析

Aβ: β-amyloid protein;11C-PIB: Pittsburg compound-B; SUVR: stan-dardized uptake value ratio

3 討 論

老年斑中Aβ和過磷酸化tau蛋白形成的神經原纖維纏結被認為是AD的主要病理學特征[7]。Aβ是存在于血漿和CSF中的分泌肽，其通過β分泌酶和γ分泌酶兩種蛋白酶從前體蛋白中剪切得到。Aβ40和Aβ42是AD患者腦中Aβ的兩種主要形式，大部分為含有40個氨基酸的Aβ40，有一小部分是Aβ42，包含42個氨基酸。大量文獻報道[8]，CSF中的Aβ對于診斷AD非常有效，可作為預測AD發生發展的生物標志物，但由于血漿Aβ水平受年齡、性別、腎功能、肥胖、血小板數量等多種混雜因素的影響，因此，血漿Aβ對于AD的診斷價值還存在爭議[9]。

本試驗結果顯示，NC、MCI和AD組Aβ42/Aβ40 比值逐漸下降，組內比較和組間兩兩比較差異均有統計學意義(P<0.05)，這一結果與課題組先前的研究一致。而NC、MCI和AD組血漿Aβ42、Aβ40蛋白水平差異無統計學意義(P>0.05)，但Aβ42組間兩兩比較AD組顯著低于NC組，而Aβ40組間比較無差異，與先前的研究結果(3組血漿Aβ42水平有差異)相矛盾，這可能是由于樣本量較少導致，也印證了各種文獻中報道的血漿水平不一致的結果。Kim等[10]的研究發現，AD患者血漿Aβ42水平顯著降低，Aβ40/Aβ42比值顯著高于對照組。血漿Aβ40/Aβ42比值對年齡匹配的對照組的早發性AD患者的判別具有中度有效性。Koyama等[11]通過meta分析也指出，相較個體血漿的Aβ水平，A40/A42比值作為AD的生物標志物更有價值。

11C-PIB是一種與Aβ結合的正電子發射斷層掃描放射性示蹤劑。腦中Aβ沉積量的增加可能在出現臨床癥狀前的數年至數十年之前發生，因此，檢測Aβ的沉積對AD早期診斷具有重要意義。目前已有研究發現，與健康對照組相比，AD患者的皮質區域PIB結合增加[12]，MCI患者也已經檢測到11C-PIB結合增加，特別是在后來轉為AD的MCI患者中[13]。Shi等[14]發現AD組患者11C-PIB標準化攝取比值在下頂葉、顳葉外側、額葉、后扣帶回皮質和楔前葉、枕葉和紋狀體均高于正常對照組；其他關于PIB的研究[15]也報道Aβ沉積在前額葉、頂葉和楔前葉攝取增加，表明早期AD中的Aβ沉積在額葉和頂葉皮質中比在海馬中多，并且皮質部分PIB沉積的增加與較低的血漿Aβ42和Aβ42/40水平相關[16]。

本文采用小腦為參考區域，通過手動勾畫與AD相關各ROIs，計算目標區域與參考區域的SUVR，為目前常用的評價AD的PET圖像定量方法之一。此方法較繁瑣，且具有一定的主觀性，對醫師要求較高，需由經驗豐富的影像醫師進行操作。另一種是基于統計參數映射(statistical parametric mapping, SPM)或FreeSurfer分割[17]的自動化方法，重復性高，但此方法需進行手動排除非特異性攝取區域，并且依賴高質量的MRI掃描圖像，有時在分割和配準的過程中可能發生錯誤。Rosario等[18]通過比較手動和自動ROI評估發現，兩者具有較高的一致性(相關系數為0.934～0.999)。本研究發現，血漿Aβ42水平、Aβ42/Aβ40與11C-PIB PET顯像SUVR 值呈負相關，血漿Aβ40與11C-PIB PET顯像SUVR值呈正相關。MCI和AD患者11C-PIB在額葉、外側顳葉、頂葉皮層、后扣帶回/楔前葉和前扣帶回攝取均高于正常組，與文獻報道一致[13,14]。回歸分析表明，Aβ42/Aβ40 的差異與額葉、外側顳葉和后扣帶回PIB沉積關系密切，而頂葉皮層和前扣帶回的PIB沉積與Aβ42/Aβ40比值關系不具有統計學意義。Janelidze等[19]使用18F-flutemetamol進行Aβ的PET顯像，結果發現18F-flutemetamol SUVR與較低的血漿Aβ42和Aβ42/Aβ40比率顯著相關，同樣印證血漿Aβ42和Aβ42/Aβ40比率與Aβ沉積負相關。但此類文獻報道也存在著不一致，如Fagan等[20]的研究表明，11C-PIB PET反映的皮質Aβ沉積和CSF Aβ42成反比，但與血漿Aβ水平不相關。

綜上所述，AD患者血漿Aβ水平降低，尤其是Aβ42/Aβ40比值與腦內PET PIB沉積增加，二者呈負相關。這種關聯性表明，通過血漿Aβ42/40的比例可預測腦Aβ沉積水平。PIB PET沉積和血漿Aβ42/Aβ40比率作為生物標志物具有潛在臨床意義。